8. Деление клетки. Митоз

Митоз (непрямое деление) – деление ядра клетки, которое приводит к образованию двух дочерних ядер, в каждом из которых имеется точно такой же набор хромосом, что и в родительском ядре. Митоз – основной способ деления эукариотических клеток. Часто под митозом понимают деление всей клетки.

В профазе митоза происходит укорочение и утолщение хромосом вследствие их спирализации. В это время хромосомы двойные – они состоят из двух хроматид, связанных между собой перетяжкой центромерой (удвоение хромосом произошло в предшествующей профазе интерфазе). Одновременно с утолщением хромосом исчезает ядрышко и распадается ядерная оболочка. В конце профазы начинает образовываться веретено деления, которое формируется из микротрубочек путем полимеризации белковых субъединиц.

В метафазе завершается формирование веретена деления. Каждая двойная хромосома прикрепляется к микротрубочкам веретена деления. Хромосомы располагаются в области экватора клетки в одной плоскости, образуя экваториальную (метафазную) пластинку. В анафазе центромеры делятся и из каждой удвоенной хромосомы образуются две отдельные, совершенно идентичные дочерние хромосомы. Разделившись, они двигаются к полюсам клетки с помощью микротрубочек веретена деления. В этот момент в клетке находится два диплоидных набора хромосом. В телофазе происходит деспирализация (раскручивание) хромосом. У каждого полюса, вокруг хромосом из мембранных структур цитоплазмы формируются ядерная оболочка и ядрышко. Разрушается веретено деления. Также происходит разделение цитоплазмы (цитотомия) с образованием двух клеток.

В результате митоза из одной клетки возникают две дочерние с тем же набором хромосом. Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении между дочерними клетками материальных носителей наследственности – молекул ДНК, входящих в состав хромосом. Таким образом обеспечивается образование генетически равноценных клеток и сохраняется преемственность в ряду клеточных поколений. Это обеспечивает такие важные моменты жизнедеятельности, как эмбриональное развитие и рост организмов, восстановление органов и тканей после повреждения. Митотическое деление клеток является также цитологической основой бесполого размножения организмов.

9. Размножение организмов. Формы размножения

При размножении происходит передача генетического материала от родительских форм к дочерним, что обеспечивает воспроизведение призников не только данного вида, но и конкретных родительских особей. Следовательно, размножение поддерживает длительное существование вида, сохраняет преемственность между родителями и их потомством в ряду многих поколений.

Существует два основных типа размножения – половое и бесполое. Бесполое размножение происходит без образования гамет (половых клеток), и в нем участвует лишь одна особь, которая делится, почкуется или формирует споры. В случае полового размножения особи нового поколения появляются при участии двух организмов – материнкого и отцовского.

Существует два основных вида полового размножения – вегетативное и спорообразование (собственное бесполое размножение). Вегетативное размножение основано на способности организмов восстанавливать (регенерировать) недостающие части. Этим способом размножаются в основном цветковые растения. У многих одноклеточных организмов бесполое размножение сводится к простому делению клетки. Одной из форм бесполого размножения является почкообразование – новая особь образуется в виде выроста (почки) на теле родительской особи, а затем отделяется от нее, превращаясь в самостоятельный организм (гидры, дрожжи). Из многоклеточных организмов кроме кишечнополостных вегетативное размножение наблюдается у губок, плоских и некоторых видов кольчатых червей. У отдельных видов млекопитающих встречается вегетативное размножение зародышей (у человека оно приводит к рождению однояйцевых близнецов).

Спорообразование – для воспроизводства организмов используются специализированные клетки – споры. Спорообразование характерно для бактерий, протист, грибов, водорослей, мхов, хвощей, плаунов, папоротников. У голо- и покрытосеменных растений споры непосредственно в процессе размножения на участвуют. Споры образуются путем митоза или мейоза в обычных вегетативных органах материнского организма или в специальных органах – спорангиях. Споры – примитивные клетки, способные очень быстро размножаться и расселяться.

При любой форме бесполого размножения наблюдается увеличение числа особей данного вида без повышения их генетического разнообразия – все особи являются точной копией материнского организма. Новые признаки у таких организмов появляются только в результате мутаций. Генетически сходные бесполые организмы гибнут гораздо быстрее, нежели бесполые.

Половое размножение существенно отличается от бесполого тем, что в данном случае генотип потомков возникает в результате перекомбинации генов, принадлежащих обоим родителям. Это повышает возможности организмов в приспособлении в меняющимся условиям среды.

При половом размножении идет половой процесс - слияние половых клеток (гамет) или оплодотворение, в результате которого образуется зигота. Из зиготы в дальнейшем развивается зародыш нового организма. Гаметы различаются по строению и физиологическим свойствам и делятся на мужские (подвижные – сперматозоиды, неподвижные – спермии) и женские (яйцеклетки). Образование гамет происходит в специальных органах полового размножения: у многоклеточных организмов это семенники и яичники. Первичные клетки делятся путем митоза (период размножения). Потом следует период роста клеток, после него – мейотическое размножение, приводящее к образованию 4-х гаплоидных клеток. При сперматогенезе все четыре клетки превращаются в сперматозоиды, при овогенезе происходит неравное деление цитоплазмы и образуется одна крупная яйцеклетка и три маленькие клетки, которые вскоре погибают.

Оплодотворение бывает наружное (слияние гамет происходит в воде, гаметы соединяются в значительной мере случайно) и внутреннее (с помощью дополнительных половых структур, служащих для переноса спермальной жидкости из тела самца в тело самки, где происходит оплодотворение). Зигота образуется при слиянии двух клеток, имеющих гаплоидный набор хромосом, и, следовательно, сама имеет диплоидный набор.

Наиболее примитивная форма полового размножения – гермафротидизм. Особь-гермафродит способна производить сама и мужские, и женские гаметы. Гермафродитами являются многие протисты, кишечнополостные, плоские и кольчатые черви, ракообразные, моллюски (улитка), некоторые рыбы и пресмыкающиеся (ящерица), а также большинство растений.

У покрытосеменных растений наблюдается двойное оплодотворение: образуются четыре мегаспоры, три вскоре разрушаются, четвертая превращается в зародышевый мешок. Ядро митотически превращается в восемь ядер, два из которых перемещаются к центру мешка и образуют диплоидное ядро. При оплодотворении, происходящим путем опыления, один спермий сливается с яйцеклеткой, образуя зиготу; другой – с центральным диплоидным ядром. Из получившейся тройной клетки формируется необходимая для развития зародыша питательная ткань эндосперм.

Одним из видов полового размножения является партеногенез – развитие новой особи из неоплодотворенной яйцеклетки. Выделяют гаплоидный и диплоидный партеногенез. Партеногенез свойственен многим беспозвоночным животным (тли, пчелы и др.) и некоторым видам семенных и споровых растений.